芝麻香白酒堆積及發酵過程中酒醅理化指標變化的研究

王文潔，馬春玲，劉玉濤，張夢夢，吳玉軒，趙巧珍，胥鑫鈺

（1.齊魯工業大學（山東省科學院）生物工程學院，山東濟南 250353；2.濟南趵突泉釀酒有限責任公司，山東濟南 250115）

芝麻香型白酒采用高溫大曲與芝麻香專用曲混用，磚底泥窖發酵，分級摘酒，長期貯藏，精心勾調。在釀造工藝上吸收了醬香型白酒“四高一長”的特點，又加入各種有益微生物純培養相結合的工藝，進一步豐富了芝麻香型白酒的典型風格。

芝麻香型白酒制作流程中的一個重要環節就是高溫堆積發酵，酒醅的處理過程相當于“二次制曲”。隨著生物堆積工藝的開展，原料中的淀粉、蛋白質和高分子等有機物在細菌、酵母菌、霉菌和各種酶的協同作用下，不斷地被分解成還原糖和游離態氨基酸，再進行美拉德反應得到各種香氣物質或前體產物[1]。

本研究主要通過追蹤研究芝麻香高溫堆積和發酵過程中酒醅生理生化指標的動態變化，運用生物可培養技術對發酵過程中酵母、細菌和霉菌的動態變化規律進行實時檢測[2]，分析了芝麻香型白酒酒醅堆積過程和釀造機理,進一步說明了高溫堆積在芝麻香型白酒釀制過程中的重要意義，提供數據化的理論支撐,為酒醅入池后發酵過程奠定了良好的理論與物質基礎，更好的指導工業生產。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 樣品來源

以濟南趵突泉釀酒有限公司芝麻香手工釀造車間為研究對象，對高溫堆積過程中的酒醅進行分析。

1.1.2 培養基配制

酵母菌培養基：酵母浸粉10 g、葡萄糖20 g、蛋白胨20 g、瓊脂20 g、水1000 mL，200 mg/mL 氯霉素3 mL，115 ℃濕熱滅菌30 min。

霉菌培養基：土豆200 g、葡萄糖20 g、瓊脂20 g。土豆去皮后稱重，切片煮沸至軟爛，紗布過濾后定容至1000 mL，3 mL 200 mg/mL 氯霉素，115 ℃濕熱滅菌30 min。

細菌培養基：胰蛋白胨10 g，NaCl 10 g，酵母提取物5 g，瓊脂20 g，水1000 mL，8 μg/mL 兩性霉素400 μL，115 ℃濕熱滅菌30 min。

1.2 試驗方法

1.2.1 堆積過程取樣時間點設計

預實驗監測堆積過程中不同時間段堆積酒醅溫度的變化情況，找到溫度變化明顯的時間段，設計取樣時間，在堆積的第0 h、8 h、16 h、20 h、24 h、32 h、40 h堆積結束[3]時取樣。

1.2.2 堆積發酵過程溫度的測定

實際堆積厚度為50 cm，實際堆積時間為40 h。測溫點部位分下層(距池底5 cm)、中層(距池底25 cm)、上層(距池底45 cm)，每層間隔放置三個測溫點，共9 個測溫點。固定溫度計從堆積開始直至堆積結束，記錄測溫點溫度。

1.2.3 堆積過程取樣空間點設計

用酒醅采樣器分別于堆積上層、中層、下層均勻取樣，測定相關指標，每次采樣分為上層、中層和下層三點：上層點（距地面35～45 cm）、中層點（距地面20～30 cm）、下層點(距地面5～15 cm)，在每層區域內取6 個點樣混合均勻作為一個樣品。采集的樣品在無菌塑料袋中密封保存，于4 ℃保藏備用，盡快分析。

1.2.4 酒醅理化實驗方法

對酒醅的水分、酸度、還原糖、粗淀粉等理化指標進行測定，測定方法參考《白酒生產技術全書》[4]。

1.2.5 不同稀釋梯度菌懸液的制備

于裝有225 mL 無菌水的三角瓶中稱取25 g 酒醅，置于搖床振蕩搖勻30 mim 制成菌懸液。分別于9 mL 無菌水試管中加入1 mL 菌懸液，稀釋一定的倍數，吸取100 μL 稀釋液于培養基中進行計數，各3 個平行，用玻璃珠進行涂布，酵母菌置于30 ℃、細菌置于37 ℃、霉菌置于45 ℃培養箱中培養1～2 d，對微生物進行計數[5]。

2 結果與分析

2.1 堆積過程中常規理化的變化

2.1.1 堆積過程中酒醅溫度的變化趨勢

由圖1 可知，堆積過程中物料的溫度呈整體上升趨勢，三層堆積起始溫度在25 ℃左右，結束溫度在50 ℃左右。上層堆積接觸環境與空氣，微生物生長繁殖旺盛，升溫幅度大于中層與下層，在16 h與20 h 時變化最為明顯，這可能與微生物大量繁殖產熱有關。

圖1 堆積過程中酒醅溫度的變化

2.1.2 堆積過程中酒醅水分的變化趨勢

微生物正常的生長代謝都離不開水，水是構成微生物細胞的主要成分之一，也是微生物進行各種生命活動的必要條件之一。由圖2 可知，堆積過程中水分變化并不明顯，含量基本穩定在51 %～54%之間，整體呈先升高后降低再升高的趨勢。下層酒醅由于直接接觸地面，水分不易揮發，水分含量高于中層和上層。上層和中層酒醅的水分含量在前20 h 整體呈降低的趨勢，可能是前期堆積升溫快水分揮發多，微生物生長繁殖旺盛消耗水分多，在后20 h 水分呈上升趨勢，后期溫度變化幅度減小，微生物生長代謝會產生部分水分。

圖2 堆積過程中酒醅水分的變化

2.1.3 堆積過程中酒醅酸度的變化趨勢

由圖3 可知，堆積過程中酒醅酸度整體呈增加的趨勢，上層與中層酒醅的酸度整體上高于下層酒醅[6]。堆積前期主要依靠霉菌產生的酸性蛋白酶有效分解堆積物料中的蛋白質產生各種氨基酸類物質，使得堆積酒醅的酸度不斷上升。

圖3 堆積過程中酒醅酸度的變化

2.1.4 堆積過程中酒醅還原糖的變化趨勢

由圖4可知，堆積過程中酒醅還原糖在0～16 h增加，在20 h 左右被大量消耗，20 h 后又逐漸增加并趨于平穩。酒醅中的還原糖以葡萄糖為主，占總糖量的60 %左右，為微生物的生長繁殖提供營養物質，還有部分難以被微生物分解消耗的五碳糖，可以與各種氨基酸反應產生香氣成分。16～20 h微生物生長旺盛消耗營養物質多，還原糖總含量在20 h 達到最低點。堆積后期細菌、酵母菌生長趨于平緩，霉菌大量凋亡，還原糖總量開始增多并為后期入池發酵提供營養物質。

圖4 堆積過程中酒醅還原糖的變化

2.1.5 堆積過程中酒醅淀粉的變化趨勢

由圖5 可知，堆積酒醅淀粉呈下降趨勢，上層與中層酒醅變化比下層明顯。隨著堆積時間的延長，微生物逐漸富集，蛋白酶與糖化酶的含量逐漸增加，將堆積中的物料逐漸分解，使淀粉類物質釋放并分解成葡萄糖等營養物質，表明了堆積過程是芝麻香型白酒釀造的物質積累與準備階段。

圖5 堆積過程中酒醅淀粉的變化

2.2 堆積過程中微生物菌群的變化

2.2.1 堆積過程中酵母菌總數的變化趨勢

酒醅樣品稀釋后涂布于YPD 培養基，30 ℃培養48 h后，培養基上的菌落形態如圖6所示。

圖6 YPD培養基的酵母菌菌落形態

YPD培養基也適于霉菌的生長，故平板上會同時出現酵母菌和少量的霉菌。霉菌的個頭大有絨毛，酵母菌個頭小且沒有絨毛。生長的酵母菌呈乳白色不透明狀，一種表面光滑、濕潤，均勻易挑起，一種表面帶有褶皺比較粗糙，氣味多帶有酒香味[7]。

樣品稀釋玻璃珠涂布培養2 d 后，得到堆積過程中酵母菌總數的變化規律如圖7所示。

圖7 堆積過程中酵母菌數量的變化

由圖7 可知，隨著堆積時間的延長，酵母菌總數也逐漸增多。上層與中層酒醅和環境與空氣的接觸面積大，故上層與中層酵母菌的數量與生長速率大于下層。堆積結束時，酵母菌總數可達3×107～4×107個/g。在16～24 h，酵母菌生長速率較快，24 h 后，由于堆積溫度的升高不易于酵母菌的生長，故酵母菌生長速率開始減慢。

2.2.2 堆積過程中細菌總數的變化趨勢

酒醅樣品稀釋后涂布于LB 培養基，37 ℃培養48 h后，培養基上的菌落形態如圖8所示。

圖8 LB培養基的細菌菌落形態

生長的細菌呈灰白色不透明，一種小而平坦且帶有不規則褶皺形狀，不易挑起，一種大而圓潤中間有圓形凸起，都帶有一股使人不愉悅的臭味。樣品稀釋玻璃珠涂布培養2 d 后，得到堆積過程中細菌總數的變化規律如圖9所示。

由圖9 可知，堆積過程中細菌總數與酵母菌總數的變化趨勢相同，都呈現持續增長的趨勢。與酵母菌一樣，上層與中層酒醅中細菌數量比下層多。細菌從8 h 開始快速增長，到24 h 時生長速率變緩。堆積結束時，細菌總數可達5×107～6×107個/g，細菌總數整體高于酵母菌，堆積后期溫度升高不利于酵母菌生長，更利于一些嗜熱芽孢桿菌的生長。

圖9 堆積過程中細菌數量的變化

2.2.3 堆積過程中霉菌總數的變化趨勢

酒醅樣品稀釋后涂布于PDA 培養基，45 ℃培養48 h 后，培養基上的菌落形態如圖10 所示。生長的霉菌形態較大，質地疏松，外觀干燥，菌絲細長，不透明呈白色絨毛狀，菌落和培養基間緊密連接，不易挑取。樣品稀釋玻璃珠涂布培養2 d 后，得到堆積過程中霉菌總數的變化規律如圖11所示。

圖10 PDA培養基的酵母菌菌落形態

由圖11 可知，堆積過程中霉菌數量變化不同于酵母菌與細菌，前20 h 霉菌數量迅速增多，在20 h 時達到最高約5×104個/g，數量遠遠小于酵母菌與細菌，20～40 h 霉菌數量開始大幅下降。霉菌屬于好氧菌，堆積前期屬于微氧環境宜于霉菌的生長，上層與中層酒醅接觸空氣，霉菌數量多于下層酒醅。在堆積的后期，堆積內部氧氣逐漸被消耗，不利于霉菌的生長。

圖11 堆積過程中霉菌數量的變化

2.3 過程發酵中常規理化的變化

為探討堆積酒醅在窖池中的變化，對芝麻香入池后酒醅的理化指標變化進行了跟蹤分析，總體變化情況如圖12 所示。由圖12 可知，在發酵過程中，酒醅水分呈整體升高的趨勢，最后穩定在54 %左右；淀粉含量在入池后迅速降低；還原糖含量整體呈降低的趨勢，在發酵第10～35 天時變化明顯；酸度在發酵前期基本沒有變化，進入第15 天時開始上升，最后穩定在6 %左右；酒精含量在入池后緩慢增加，最高達到3%vol～4%vol。

圖12 堆積酒醅入池發酵理化指標的變化

3 結論

芝麻香高溫堆積過程在開放的環境中網羅、富集各種微生物，微生物利用堆積酒醅中的各種營養物質進行繁殖與代謝活動；堆積溫度影響微生物的生長代謝，微生物的代謝活動同樣會產生一定的熱能。堆積過程中酒醅的酸度與還原糖含量呈增加的趨勢，淀粉含量一直在降低，水分變化不明顯，維持在一定的水平。上層與中層酒醅變化一致且顯著高于下層酒醅，與下層酒醅接觸地面，含氧量低，微生物代謝緩慢有關。通過可培養技術對微生物進行動態實時檢測發現：堆積過程中酵母菌與細菌變化規律一致，呈增長趨勢，為后續入池發酵提供大量菌源；霉菌在20 h 左右隨氧氣的消耗逐漸死亡。芝麻香白酒的高溫堆積過程實際上是酒醅中的各種微生物利用營養物質生長繁殖代謝，產生各種生香前體物質的過程。控制好堆積時間、溫度和水分對芝麻香型白酒釀制過程有重要意義，為酒醅入池后發酵過程奠定良好的理論與物質基礎,可以更好的指導工業生產。